устройство для подавления детонации в двигателях внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство для подавления детонации в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), имеющее средства для измерения соответствующих рабочих параметров, блок управления, служащий для задания на основании этих измеренных параметров регулирующих впрыскивание и зажигание величин, по меньшей мере один датчик детонационного сгорания, систему для такой коррекции регулирующих зажигание величин, чтобы управляющая зажиганием величина в случае обнаружения детонации для подавления этой детонации смещалась от границы детонации, а затем по истечении заданного числа циклов бездетонационного сгорания снова ступенчато возвращалась к заданной блоком управления регулирующей величине, причем указанная система противодетонационного регулирования активизируется только по достижении двигателем внутреннего сгорания заданного температурного режима, отличающееся тем, что для оценки фактического температурного режима двигателя внутреннего сгорания определяют температуру (evtmod) горючей смеси на входе в камеру сгорания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температуру горючей смеси на входе в камеру сгорания определяют с помощью термодатчика (31) в камере сгорания, в частности, непосредственно вблизи от впускного клапана.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температуру горючей смеси (evtmod) на входе в камеру сгорания определяют с помощью термодинамического математического моделирования на основании температуры (tmot) двигателя, температуры (tans) впускаемого воздуха и массового расхода (ml) воздуха.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что при термодинамическом математическом моделировании учитывают также температуру (tags) и количество (agrr) отработавших газов, возвращаемых в камеру сгорания.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

Изобретение относится к устройству для подавления детонации в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Из DE 3420465 С2 известно устройство для подавления детонации в двигателях внутреннего сгорания, содержащее средства для измерения соответствующих рабочих параметров, блок управления, служащий для задания на основании этих измеренных параметров регулирующих впрыскивание и зажигание величин, и систему для коррекции регулирующих зажигание величин.

При использовании этого известного устройства определяют рабочие параметры двигателя внутреннего сгорания и на основании этих измеренных рабочих параметров в блоке управления задаются соответствующие регулирующие величины для управления такими процессами, как зажигание и впрыскивание. Таким путем, например, на основании данных о частоте вращения и прилагаемой нагрузке рассчитывается оптимальный момент зажигания. Кроме того, в известном устройстве предусмотрен датчик детонационного сгорания, который отдельно для каждого цилиндра регистрирует шумы, возникающие в двигателе в процессе сгорания. Сигналы от этого датчика поступают далее в схему обработки сигналов детонационных стуков, где после отфильтровывания фоновых шумов они сравниваются с некоторым эталонным уровнем детонационных стуков. При обнаружении детонационного сгорания с целью подавления детонации момент зажигания в соответствующем цилиндре, определенный на основании частоты вращения и нагрузки, изменяется в сторону позднего и тем самым смещается от границы детонации. По истечении заданного количества циклов бездетонационного сгорания указанный измененный момент зажигания ступенчато возвращается к заданной блоком управления регулирующей величине. Поскольку у холодного, т.е. не прогретого двигателя опасность возникновения детонационного сгорания отсутствует, система противодетонационного регулирования обычно активизируется лишь по достижении двигателем определенной заданной температуры, т.е. после прогрева двигателя. Ниже указанной температуры активизации возникновение детонации исключено, поскольку температурный режим в камере сгорания не допускает этого. Кроме того, в известных системах температура двигателя обычно определяется по температуре охлаждающей жидкости.

Преимущества изобретения

Преимущество предложенного устройства в сравнении с известным заключается в том, что система противодетонационного регулирования активизируется только в зависимости от температуры горючей смеси на входе в камеру сгорания и при наличии точной информации о фактическом температурном режиме в ней позволяет предотвратить преждевременную активизацию системы противодетонационного регулирования и тем самым избежать бесполезного, ошибочного вмешательства этой системы в процесс управления, что повышает кпд двигателя.

Еще одно преимущество изобретения состоит в возможности моделировать температурные параметры на входе в камеру сгорания на основании ряда измеренных величин, как, например, температура двигателя и впускаемого воздуха, массовый расход воздуха, а также температура и количество отработавших газов, возвращаемых в камеру сгорания ДВС. При этом не требуются дополнительные датчики, поскольку все эти температурные параметры в любом случае уже определяются современными блоками управления, что делает предлагаемое в изобретении техническое решение экономически особенно эффективным.

Вторая возможность заключается также в том, чтобы предусмотреть непосредственно у впускного клапана термодатчик, который может быть, например, конструктивно объединен с этим впускным клапаном. Такая возможность позволяет избежать дополнительного объема вычислений, которые в противном случае потребовалось бы осуществлять блоку управления.

В целом измерение температуры горючей смеси непосредственно на входе в камеру сгорания или определение этой температуры на основании модели позволяют исключить влияние на процесс управления посторонних шумов, обусловленных еще холодным моторным маслом и ошибочно принимаемых за детонационный стук. Благодаря этому не происходит неоправданного изменения угла опережения зажигания со смещением момента зажигания в сторону позднего, что в свою очередь повышает комфортность езды и увеличивает кпд двигателя.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - принципиальная блок-схема предлагаемого устройства;

на фиг.2 - схема, поясняющая процесс определения входной температуры горючей смеси без использования термодатчика в камере сгорания;

на фиг.3 - схематичное изображение камеры сгорания с одним из возможных мест расположения в ней термодатчика.

Описание варианта выполнения изобретения

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления способа. Согласно этой схеме в блок 10 управления от различных измерительных датчиков, не показанных на чертеже, поступает ряд входных сигналов 11, характеризующих рабочие параметры двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Блок 10 управления на основании сигнала, характеризующего частоту вращения n вала двигателя, и сигнала, характеризующего нагрузку L, определяет момент зажигания, выбирая соответствующее значение, как уже было сказано выше в начале описания, из многопараметровой (или универсальной) характеристики, свободными переменными которой являются нагрузка и частота вращения. Кроме того, в блок 10 управления от датчика детонационного сгорания подается сигнал KL, на основании которого блок 10 управления при активизированной системе противодетонационного регулирования при появлении детонации изменяет момент зажигания в сторону позднего. Как таковая система противодетонационного регулирования, позволяющая предупредить детонационное сгорание, хорошо известна из уровня техники и уже упоминалась в начале описания, и поэтому не требует ее повторного подробного рассмотрения.

Для управления другими различными процессами в двигателе внутреннего сгорания предусмотрены сбор и обработка данных о температуре tmot двигателя (представляющей собой обычно температуру охлаждающей жидкости), о температуре tans впускаемого воздуха, а также о температуре tags и количестве agrr отработавших газов, возвращаемых в камеру сгорания ДВС. В известных к настоящему времени блоках управления система противодетонационного регулирования активизируется, включаясь в процесс управления моментом зажигания ДВС, в зависимости от температуры tmot двигателя сразу же по достижении последней заданного порогового значения, при этом в качестве температуры двигателя измеряется температура охлаждающей жидкости. В современных блоках управления, равно как и в предлагаемом в изобретении решении, наряду с температурой tmot двигателя осуществляются сбор и обработка иных, используемых для управления различными процессами данных, а именно, данных о массовом расходе ml воздуха, о температуре tans впускаемого воздуха, а также о температуре tags и количестве agrr отработавших газов, возвращаемых в камеру сгорания ДВС. Затем указанные температурные данные дополнительно подаются на еще одну стадию 12 обработки для вычисления температуры горючей смеси на входе в камеру сгорания. На этой стадии 12 по определенной модели на основании полученных параметров моделируется входная температура горючей смеси, ниже обозначаемая сокращением evtmod (от нем. "EinlaВventil Temperatur modelliert", "смоделированная температура у впускного клапана"). Эта температура представляет собой температуру топливовоздушной смеси у впускного клапана на входе в камеру сгорания.

Ниже со ссылкой на фиг.2 поясняется модель определения входной температуры evtmod горючей смеси на основании полученных данных о массовом расходе ml воздуха, температуре tmot двигателя, температуре tans впускаемого воздуха и температуре tags и количестве agrr отработавших газов, возвращаемых в камеру сгорания ДВС.

В представленной на фиг.2 модели показана взаимосвязь между отдельными измеренными параметрами, причем такие связи можно получить на основании термодинамических закономерностей. Температура tans представляет собой температуру впускаемого воздуха. На величину температуры этого впускаемого воздуха во впускном газопроводе влияет преобладающая в нем температура tmot двигателя. Одновременно следует учитывать массовый расход ml впускаемого воздуха. Так, например, малый объем впускаемого воздуха прогревается под действием более высокой температуры tmot двигателя гораздо интенсивнее и до более высокой температуры, нежели больший объем такого воздуха. Массовый расход воздуха в описываемой модели определяется с учетом весового множителя FWTBR, который представляет собой величину, зависящую от величины конкретного расхода воздуха. Этот множитель FWTBR определяют на испытательном стенде для двигателей, определяя и соотнося друг с другом величины измеряемой датчиком температуры у впускного клапана и температуры впускаемого воздуха при различных возможных параметрах массового расхода воздуха. С целью обеспечить возможность правильного анализа расхода воздуха и в динамике величину, характеризующую расход впускаемого воздуха, после ее оценки с использованием весового множителя FWTBR пропускают через фильтр ТР нижних частот первого порядка. При этом учитывается тот факт, что при переходе с одного режима на другой с другим расходом воздуха должно пройти определенное время, пока снова не будет достигнуто температурное равновесие. Повышение температуры Т₁ в результате вносимого под действием температуры двигателя тепла пропорционально самому вносимому количеству тепла, и поэтому для такого приращения справедливо следующее выражение: Т₁=FWTBR(tmot-tans).

В результате перемешивания впускаемого воздуха с возвращаемыми в камеру сгорания более теплыми отработавшими газами происходит дальнейшее повышение температуры, причем это второе приращение Т₂ рассчитывается на основании количества возвращаемых в камеру сгорания отработавших газов, определяемого их относительным массовым расходом, и температуры tags отработавших газов по формуле Т₂=agrr(tags-tans).

Если исходить из того, что обе величины, характеризующие теплоемкости Т₁ и Т₂, оказывают равноценное воздействие, то смоделированную температуру evtmod у впускного клапана можно рассчитать следующим образом:

evtmod = PWTBR(tmot-tans) + agrr(tags-tans)

Очевидно, что входную температуру горючей смеси можно также определять, как схематично показано на фиг.3, непосредственно на входе в камеру 30 сгорания с помощью термодатчика 31, который располагают непосредственно вблизи от впускного клапана 32 или который можно даже конструктивно встроить в этот впускной клапан.